Astaxanthin production by Phaffia rhodozyma and Haematococcus pluvialis: a comparative study
- 作者
- A. R. Domínguez-Bocanegra, T. Ponce-Noyola, J. A. Torres-Muñoz
- 单位
- Department of Biotechnology and Bioengineering, CINVESTAV-IPN; Department of Automatic Control, CINVESTAV-IPN
- 杂志
- Applied Microbiology and Biotechnology（2007）
- DOI
- 10.1007/s00253-007-0889-9
- 所属领域
- 代谢工程
- 关键词
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解决的核心问题
比较两种主要产虾青素微生物 Phaffia rhodozyma（现称 Xanthophyllomyces dendrorhous）和 Haematococcus pluvialis 在虾青素合成产量与生产力上的差异，为工业化生产选择提供依据。
研究策略
基于作者前期已报道的两种微生物培养数据，系统比较不同培养基（YM、YPG、椰子汁；BG-11、BAR）、光照强度（177 和 345 μmol photon m⁻² s⁻¹）、通气条件（曝气/非曝气）和光周期（连续光照/12h光照-12h黑暗）对虾青素积累与生产力的影响。
核心内容
该研究系统比较了两种主要产虾青素微生物——酵母Phaffia rhodozyma（野生株及突变株R1）与微藻Haematococcus pluvialis——在产量和生产力上的差异。作者基于前期培养数据，分别考察了培养基、光照强度、通气条件和光周期对虾青素积累的影响，并以生产力而非单纯产量作为核心比较指标。结果显示，H. pluvialis在BAR培养基、连续高光（345 μmol photon m⁻² s⁻¹）且非曝气条件下达到最高产量9.2 mg/g细胞；而P. rhodozyma突变株R1在廉价椰子汁培养基中最高产量为1850 μg/g酵母。从生产力看，P. rhodozyma突变株R1最高为370 μg/g酵母/天，H. pluvialis在最优条件下可达767 μg/g细胞/天，两者相近。此外，椰子汁使野生型酵母虾青素产量较YPG和YM分别提高约150%和70%以上。该研究表明，P. rhodozyma可依托廉价碳源实现具竞争力的生产力，而H. pluvialis虽单位细胞含量更高，但需更严苛的培养条件，这为工业化菌株选择提供了重要依据。
创新点
以生产力而非单纯产量作为核心比较指标；揭示了椰子汁作为廉价碳源能显著提升酵母虾青素产量；发现高光强（345 μmol photon m⁻² s⁻¹）结合非曝气条件可大幅提高 H. pluvialis 的虾青素生产力。
研究对象（3）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| Phaffia rhodozyma (Xanthophyllomyces dendrorhous) 野生株 NRRL-10921 | 类胡萝卜素/虾青素合成途径 | — | — | 催化 | 野生酵母，用于比较不同培养基下的虾青素合成 |
| Phaffia rhodozyma (Xanthophyllomyces dendrorhous) 突变株 R1 | 类胡萝卜素/虾青素合成途径 | — | — | 催化 | 高产的诱变菌株，在椰子汁中产量最高达 1850 μg/g 酵母 |
| Haematococcus pluvialis NIES-144 | 类胡萝卜素/虾青素合成途径 | — | — | 催化 | 绿藻，在 BAR 培养基、连续光照、非曝气条件下产量最高达 9.2 mg/g 细胞 |
关键发现
- H. pluvialis 在 BAR 培养基、连续光照（345 μmol photon m⁻² s⁻¹）、非曝气条件下最高产量达
- 2 mg/g 细胞；P. rhodozyma 突变株 R1 在椰子汁培养基中最高产量为 1850 μg/g 酵母。就生产力而言，P. rhodozyma 野生株最大为 170 μg/g 酵母/天，突变株 R1 为 370 μg/g 酵母/天；H. pluvialis 在 177 μmol photon m⁻² s⁻¹ 下最高生产力为 290（BG-11）和 471（BAR）μg/g 细胞/天，在 345 μmol photon m⁻² s⁻¹ 连续光照非曝气下最高达 767 μg/g 细胞/天。椰子汁使野生酵母虾青素产量达到 850 μg/g 酵母，比 YPG 和 YM 分别提高约 150% 和 70% 以上；突变株 R1 在椰子汁中产量比 YPG 和 YM 提高超过 300%。非曝气比曝气使 H. pluvialis 虾青素产量提高
- 3~2.0 mg/g 细胞（BG-11）和
- 2~3.3 mg/g 细胞（BAR）。
研究结论
从产量看，H. pluvialis 的最高虾青素含量（9.2 mg/g 细胞）远高于 P. rhodozyma（1.85 mg/g 酵母），但从生产力看两者相近；P. rhodozyma 可利用廉价椰子汁实现具有竞争力的生产力（370 μg/g 酵母/天），而 H. pluvialis 需要更苛刻的培养条件（高光、非曝气、BAR 培养基）才能达到最高生产力（767 μg/g 细胞/天）。